凡住过传统砖土结构建筑的，一般都有这种体会：在夏季室外很热的情况下，即使不开空调，室内也很凉爽，而在冬天即将供暖的时候，即使室外很冷，屋子里却很暖和，即使晚供暖半个月甚至一个月，屋子里也不觉着冷，这种就是冬暖夏凉建筑。
如果用一个量化标准来评估，那就是：在夏天，只要一天之中低于23℃的时间超过4小时，并及时通风，无论白天最高气温是多少，只要白天热的时候及时关窗，就用不着开冷气空调；或者在冬季供暖季节前后过渡季节，只要一天中高于21℃的时间超过4小时，在温暖时注意通风，无论夜晚最低气温有多低，只要不开窗，就用不着开热风，这种居住建筑就是冬暖夏凉建筑。
或者说，在正常天气情况下（不是十年一遇的寒流、热浪），如果严寒地区的中小城市建筑，夏季需要开空调；如果夏热冬暖地区建筑，冬季需要开暖风，这种居住建筑一般就不是冬暖夏凉建筑。如果不是冬暖夏凉建筑，建筑能耗就比较高。
本篇针对全国各主要气候地区的不同气候特点，根据建筑物理计算理论（建筑热工原理），介绍几种能实现冬暖夏凉的建筑热工设计思路、方法，希望建筑设计人员尽可能通过建筑本身热工性能实施建筑节能设计，尽可能少用或不用空调。
1、北方严寒地区
北方严寒地区（中国东北、内蒙大部分地区），夏季一般不需要开空调，冬季供暖能耗占能耗的绝大部分。根据《民用建筑热工设计规范》GB50176-93，主要通过加大建筑围护结构的热阻、厚度，减少传热，提高建筑的气密性和保温性能，来降低供暖热负荷。
建筑围护结构主要包括窗户、墙体。
窗户的保温：主要是采用双层窗户、双层玻璃、隔热玻璃膜，以减少透过玻璃的热导和热辐射，同时要加强气密性。
墙体的保温：主要是加大建筑外保温材料热阻、厚度。
具体主要包括以下措施：
（1）建筑墙体内侧以钢筋混凝土结构等重质材料为主，墙体外侧配置轻质外保温材料，厚度最少在80mm以上，外保温材料越厚，建筑冬季保温节能性能越好，而且外保温材料质轻，蓄热低，还有助于降低“城市热岛效应”，（“城市热岛效应”不但增大夏季炎热，还会加重城市空气污染）。
（2）北方严寒地区乡村或者建筑密度不高的中小城市，建筑外墙颜色可以选择深色（红色、深褐色、深灰色、黑色），这样春冬秋季可以增大建筑表面吸收得太阳辐照热量，在日照较强的情况下，有部分热量能透过外保温材料传入室内。但大城市建筑外墙颜色，要尽可能选择浅色（白色、浅黄色、浅绿色、淡蓝色），浅色外墙比深色外墙能少吸收一半的太阳辐射热量，可有效降低“城市热岛效应”。
（3）为了消除大城市的“城市热岛效应”，仅建筑外墙外保温层就应接近达到《民用建筑热工设计规范》GB50176-93所规定的隔热指标，这样就不会把内部的重质材料晒热，而规范规定的隔热指标，是针对整个墙体结构的，太阳辐射能透过外保温层把内部重质材料晒热，形成建筑蓄热，夜晚释放到室外就会形成“城市热岛效应”，对室内会增大空调负荷。
内侧墙体要采用重质钢筋混凝土材料，表面抹灰层要尽可能薄。
在冬季供暖季节，室内重质钢筋混凝土材料，能起到稳定室内温度的作用，当供暖量偏高时，内部重质墙体材料能够吸热、蓄热，当供暖不足时，内部重质墙体能释放蓄热，以维持室温的现对稳定。
在夏季炎热季节，在夜晚气温转凉的时候，要尽可能开窗通风，以降低室内重质墙体表面温度，这样就能起到蓄冷作用，等白天气温升高时，要少开窗通风，温度较低的重质墙体就能吸收人体散热，从而起到“天然空调”作用。
只有建筑外墙外保温层能接近达到规定隔热指标的情况下，室内重质墙体才能起到“天然空调”作用。此“天然空调”功率取决于昼夜温差和夜间通风程度、钢筋混凝土结构厚度。
如果“城市热岛效应”不严重，北方严寒地区昼夜温差会更大，通过外墙保温材料隔热，重质内墙蓄冷，就能实现冬暖夏凉，夏季就可以不开或少开空调。
2、北方寒冷地区（华北地区）
北方寒冷地区，冬季供暖占大部分能耗，夏季有近两个月时间需要开空调，所以建筑热工节能设计要以冬季保温为主，兼顾夏季隔热。
（1）整体结构与北方严寒地区相似，通过外墙外保温结构设计，既能满足冬季保温要求，又能满足夏季隔热需要，外保温材料厚度最低70mm，越厚越好。
（2）无论乡村还是大城市，建筑外墙颜色都尽可能选择浅色（淡绿、淡黄、浅灰）这可以明显减少建筑表面吸收的阳光辐射热量，提高建筑夏季隔热性能。如果一定要选用深色涂料，最好选择深色近红外反射涂料，否则就得把外保温层设计的比较厚才能达到建筑隔热性能要求，具体厚度要根据当地太阳辐射强度进行隔热计算来确定。
可采用近红外反射涂料来实施建筑隔热，但不能因此降低外墙外保温材料厚度，因为近红外反射涂料只能提高隔热性能，不能保温；而外墙外保温材料，既起到冬季保温，又起到夏季隔热的双重作用。
（3）建筑北侧、西侧、南侧外窗，采用双层玻璃、隔热玻璃膜，以减少透过玻璃的热传导和热辐射，或采用高反射率的半透光窗帘，冬季拉开即取暖，夏季拉上即隔热。
（4）外墙外保温层若近于达到《民用建筑热工设计规范》GB50176-93的隔热计算指标要求，就可以通过室内重质墙体材料，夏季蓄冷吸热，冬季稳定室内供暖温度，从而实现冬暖夏凉。但有两种情况应注意：
一种情况是，如果当地春秋过渡季节持续时间很短（供暖停止后，天气很快转热），室内重质墙体材料表面最好不抹灰，只薄薄地打一层腻子，即刷涂料，这种建筑墙体能最大限度地实现“冬暖夏凉”。
另一种情况是，如果当地供暖期很短，而春秋过渡季节持续时间却很长，在春秋过渡季节，室内会比较阴冷，这种情况夏热冬冷地区建筑节能设计，应在内部重质材料表面涂抹一层8-10mm厚的保温砂浆，这既有利于维持室温的稳定，又避免春秋过渡季节室内过于阴冷。北方地区建筑如果有内保温层，容易形成墙体结露，应根据当地气候做好墙体结露计算。
3、夏热冬暖地区（华南地区）
夏热冬暖地区（华南地区），冬季一般不要求供暖，主要是做好建筑的夏季隔热设计。根据《民用建筑热工设计规范》GB50176-93所提供的建筑隔热设计计算方法，主要是通过加大建筑围护结构（窗户、墙体）的隔热性能，来减低空调设备冷负荷。
窗户隔热比较好理解：主要通过遮阳设计、隔热玻璃等措施，减少室外向室内辐射红外热量。
墙体隔热则比较复杂，以广州为例，墙体可采取以下隔热措施：
（1）建筑内墙采用钢筋混凝土结构，外墙采用外保温材料隔热，外保温材料厚度要根据墙体涂料颜色配套设计，要尽可能选择浅色（白色、淡绿、淡黄），因为红色、黑色建筑会多吸收一倍的太阳辐射热量。
如果广州地区外墙采用白色涂料，41mm厚的挤塑聚苯板外保温材料，再加上15mm厚的钢筋混凝土材料，就能达到建筑隔热计算要求；但如果外墙采用黑色涂料，需要采用82mm厚的挤塑聚苯板作外墙保温材料，再加上15mm厚的钢筋混凝土材料才能达到建筑隔热计算要求，由此可见建筑外墙颜色对建筑隔热性能影响很大。如果一定要选用深色涂料，最好选择深色的近红外反射涂料，这样，外保温层就不用设计的那么厚，具体厚度应依据涂料的太阳辐射吸收系数，通过建筑隔热计算来确定。
如果刷涂白色近红外反射涂料，能将85%的太阳辐射热量都反射掉，只需15mm厚的外墙保温材料和15mm厚的钢筋混凝土材料就能达到建筑隔热要求。采用这种隔热结构墙体，建筑外表面温度能下降15-25℃，室内温度能下降5-10℃。如果整个城市都采用这种隔热结构墙体，整个城市日夜都比较凉爽。（前提是城市周围地区建筑也都采用隔热结构墙体，或者都是农田绿地）
因为近红外反射涂料比较贵，采用浅色涂料加50mm厚的外保温材料，也能起到相近的隔热降温效果。
通过上述建筑隔热设计，即使在夏季最热那天，太阳辐射透过外保温层，也只能把靠近外保温层的15mm厚钢筋混凝土材料烤热，对室温基本形不成明显影响。所以，要想让建筑冬暖夏凉，仅建筑外墙外保温层就应接近达到《民用建筑热工设计规范》GB50176-93所规定的整个墙体结构隔热指标（该规范规定的建筑隔热计算方法非常好，但规范规定指标偏低），内侧墙体应该设计成重质钢筋混凝土材料，墙体内侧表面抹灰层要尽可能地薄。如果是整个墙体结构刚好达到《民用建筑热工设计规范》GB50176-93所规定的隔热指标，太阳辐射仍能通过外保温层把内部重质材料晒热，形成建筑蓄热，夏季仍会显著增大空调负荷。
（2）建筑西侧、南侧外窗，采用隔热玻璃，以减少透过玻璃的热传导和热辐射，或者采用高反射率半透光窗帘遮阳，冬季打开即取暖，夏季拉上即隔热。
（3）在外保温层近于达到建筑隔热要求的前提下，利用内部重质钢筋混凝土材料蓄冷吸热。
如果当地昼夜温差比较小，空调间歇开启，且时间较短，内部重质墙体材料表面要涂抹8-10mm厚的保温砂浆，这样可以减少内墙蓄冷所消耗的空调负荷。
如果当地昼夜温差比较大，或者空调24小时连续开启，内部重质墙体材料表面抹灰层应尽可能薄，这样有利于热交换。在夜晚气温转凉的时候，可通过自然通风降低重质内墙温度而蓄冷，等白天气温升高的时候，可以吸收白天的室内散热，形成一个“天然空调”。“天然空调”功率主要取决于夜间室内外温差和夜间通风程度、钢筋混凝土结构厚度。
如果整个城市建筑都采用良好的建筑隔热设计，“城市热岛效应”完全可以消除，城市昼夜温差能和远郊农村地区一样大，内部重质墙体的蓄冷吸热性能可更充分地发挥出来。
4、夏热冬冷地区（长江中下游地区）
夏热冬冷地区，夏季空调能耗占大部分，但冬季有近两个月时间比较冷，所以，以夏季隔热为主，兼顾冬季保温。
虽然夏热冬冷地区的建筑节能设计应以建筑隔热设计为主，但如果完全照搬夏热冬暖地区的设计方案夏热冬冷地区建筑节能设计，虽然夏季能耗能大幅降低，屋子里也更凉爽，但到了冬季，室内会更冷冰冰的。
而且夏热冬冷地区，江河纵横，昼夜温差较小，这一地区居民又喜欢开窗，无论冬季取暖，还是夏季空调，一般都间歇开启，如果暖通空调每天得开启时间不长，重质内墙体的蓄热蓄冷功能，虽然夏季能降低建筑冷负荷，但冬季也会增大建筑热负荷。
如果夏热冬冷地区的小区建筑，冬季能24小时供暖，其建筑节能设计可以参照北方寒冷地区（华北地区）进行设计，只需把外保温材料进一步加厚就行了，加厚外保温材料层的目的，并不是为了提高建筑的冬季保温性能，而主要是为了提高建筑的夏季隔热性能。
夏热冬冷地区，如果冬季不能24小时供暖，比较厚的外墙外保温设计就只起到夏季隔热功能，冬季并不能起到有效的保温作用（因为也隔绝了冬季太阳辐射得热）。所以，在夏热冬冷地区，要实现“冬暖夏凉”，应采取以下措施：
（1）因为夏热冬冷地区对窗户保温要求不高，若能采用高反射的半透光窗帘，夏季拉上窗帘，就可以遮阳隔热，冬季拉开窗帘可以利用阳光辐射取热。所以，若采用高反射的半透光窗帘，窗户还可以设计的更大一些，这是实现夏热冬冷地区建筑冬暖夏凉的最简捷途径。
（2）屋顶、墙体采用空气间层设计，夏季，通过空气间层的自然通风，将墙体蓄热带走，冬季将风道关闭，利用墙体吸收太阳辐射蓄热来取暖，室内墙体表面应涂抹比较薄的保温砂浆来维持室温的相对稳定。
（3）如果不采用空气间层设计，夏热冬冷地区建筑外墙颜色应尽可能选择浅色（白色、淡绿、淡黄），这样就可以大大减少建筑表面吸收更多阳光辐照，同时，外侧墙体要配置50-70mm厚的外墙保温材料，若采用深色墙体，应进一步加厚外保温层厚度，具体厚度需根据当地夏季的日照情况进行建筑隔热计算来确定。
如果刷涂白色近红外反射涂料，将85%的阳光辐射能量都反射掉，只需很薄的外墙外保温材料，就能达到建筑隔热要求，采用这种隔热结构墙体，在夏季，建筑外表面温度能降低15-25℃，室内温度能下降5-7℃。如果大城市所有建筑都采用这种隔热结构，在夏季，大城市的夜晚气温能降低8-10℃。
（4）夏热冬冷地区，如果要兼顾冬季保温要求，建筑内墙不宜采用比较厚的重质材料蓄冷隔热，否则，冬天屋子里象冰窖一样冷，空调若间歇供暖，空调能耗会明显增大。
所以，夏热冬冷地区建筑热工节能设计，应首先做好外墙外保温层的隔热设计（需要计算隔热），同时重质内墙表面要涂抹8-10mm厚度的保温砂浆，将钢筋混凝土等重质材料象夹心饼一样包在里头。冬季，内侧墙体因为有内保温而不会阴冷，再通过透过窗户的太阳辐射给室内增温；夏季，太阳辐射不能透过外保温隔热层把墙体内部的重质材料烤热，这样，被夹在内部的重质结构墙体既不会因吸收太阳辐射而蓄热，也不会因为重质内墙吸收空调冷热气，而加大夏季空调冷热负荷。如果实施墙体内保温，一定要做好墙体结露计算，否则，室内的湿气会透过内保温层，在保温层内的重质墙体表面形成结露。
总之，本文的主要思路是：
主要原理是，通过足够厚度的外墙外保温隔热设计，使建筑围护结构具有良好的冬季保温、夏季隔热性能，再充分利用建筑内侧重质钢筋混凝土墙体的蓄热功能，发挥其在白天天热时，吸热（蓄热），夜晚天冷时，散热（畜冷）的“天然空调”作用。只要当地夏天夜晚最低温度在比空调冷气设定温度低，或者在春秋冬季节室外最高温度比空调暖风设定温度高，就可以利用建筑内部重质墙体的蓄冷吸热性能，施以通风使建筑室内冬暖夏凉，从而尽可能地少开空调。
如果整个城市建筑都实施这样的建筑隔热设计，就可以消除“城市热岛效应”，城市昼夜温差和象乡村一样大，就更能充分发挥重质建筑内墙的“天然空调”作用。
但如果当地夏季昼夜温差较小，又间歇开启空调，或者冬季、春秋季连续阴冷，在这种情况下，仍要做好建筑外墙颜色、外保温材料等外保温层隔热设计，但重质内墙要做得薄一些，或者在比较厚的重质内墙表面抹一薄层保温砂浆，避免重质内墙蓄冷蓄热消耗间歇空调的冷、热负荷。
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